做硬件這行幾乎每個(gè)人都經(jīng)歷過這樣的深夜板子打回來功能一切正常興沖沖送去EMC測(cè)試報(bào)告一出來輻射發(fā)射在某個(gè)頻點(diǎn)直接壓線甚至超標(biāo)傳導(dǎo)發(fā)射在低頻段豎起來好幾根天線。你翻手冊(cè)、換元件、加濾波折騰到凌晨三點(diǎn)問題還在那兒。這時(shí)候再去翻那份流傳了十幾年的EMC經(jīng)典問答85問看到第25到30問才會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)年覺得太基礎(chǔ)懶得看的幾道題恰恰是所有整改思路的根。這一篇就把這幾問重新拆開揉碎結(jié)合輻射發(fā)射、傳導(dǎo)發(fā)射、天線效應(yīng)、RS485接口防護(hù)和EMC仿真這些實(shí)際場(chǎng)景把每一問背后的為什么和怎么做講透。剛?cè)胄械目梢哉罩钫J(rèn)知框架做了幾年但總是在整改階段打轉(zhuǎn)的也能從里面找到自己之前踩空的那一步。1. 第25問時(shí)鐘和晶振憑什么穩(wěn)坐輻射發(fā)射的頭號(hào)嫌疑人幾乎每一份輻射發(fā)射超標(biāo)的報(bào)告里主力頻點(diǎn)都能追溯到某個(gè)時(shí)鐘或者晶振的諧波上。有人不服氣明明電源、DCDC、電機(jī)這些大電流部件也在工作為什么板子一響就把矛頭指向小小的時(shí)鐘這背后既有頻譜的數(shù)學(xué)規(guī)律也有物理結(jié)構(gòu)的必然把這兩層想清楚后半段的整改動(dòng)作才會(huì)有的放矢。1.1 時(shí)鐘頻譜的梳狀結(jié)構(gòu)和天線成立的兩個(gè)條件時(shí)鐘和晶振輸出的是周期性的方波方波在頻域上不是一根干凈的譜線而是一串間隔等于基頻的諧波f0、3f0、5f0、7f0……一直延伸到所謂的拐點(diǎn)頻率以上。一個(gè)理想的方波諧波幅度按1/n衰減n是諧波次數(shù)實(shí)際器件因?yàn)樯仙赜醒舆t高頻諧波會(huì)以更快的速度滾降但滾降之前那一段能量依然相當(dāng)可觀。舉個(gè)直觀的例子一個(gè)上升時(shí)間3ns的時(shí)鐘拐點(diǎn)頻率大約在1/(π×3ns)≈106MHz也就是說它的諧波能量一直能頂?shù)揭话俣嗾浊『酶采w30MHz到1GHz這個(gè)輻射發(fā)射測(cè)試的主力頻段。幅度上基頻擺個(gè)1V第十幾次諧波也還有幾十毫伏這個(gè)電平已經(jīng)足夠在一條十幾厘米的線上激發(fā)出超標(biāo)輻射了。但光有高頻能量還不夠要真正輻射出去需要同時(shí)滿足另一個(gè)條件存在一段長度接近四分之一波長或半波長的導(dǎo)體充當(dāng)無意天線。頻率越高波長越短300MHz對(duì)應(yīng)的波長是1米四分之一波長就是25厘米到了900MHz四分之一波長只剩8厘米出頭。也就是說一根隨手走的排線、一段沒做包地的時(shí)鐘走線、一塊伸出主板兩厘米的金屬小板都可能在某個(gè)頻點(diǎn)上正好共振把看不見的電流變成看得見的電磁波。把兩個(gè)條件合在一起看時(shí)鐘之所以是頭號(hào)嫌疑人是因?yàn)樗前遄由衔ㄒ煌瑫r(shí)高頻能量足、走線還特別長的信號(hào)。電源雖然電流大但主要是低頻DCDC開關(guān)頻率如今也就幾百kHz到幾MHz諧波早就衰減干凈了。時(shí)鐘卻把這兩點(diǎn)占全了于是每塊板子查輻射發(fā)射第一刀都砍向時(shí)鐘和晶振。1.2 四步從源頭壓住時(shí)鐘EMI知道了成因動(dòng)作就有章法了核心思路是降能量、破壞天線、管住回流三件事一起做。第一是降能量最直接的手段是展頻SSC。原理不復(fù)雜把時(shí)鐘頻率在一個(gè)小范圍內(nèi)做周期性微調(diào)讓某個(gè)頻點(diǎn)的能量在時(shí)間上被打散測(cè)出來的峰值自然就矮下去。實(shí)際用下來下展頻0.5%到2%這個(gè)區(qū)間對(duì)單個(gè)諧波峰值能壓下來6到10dB效果立竿見影。但展頻不是免費(fèi)的午餐它會(huì)讓時(shí)鐘的瞬時(shí)頻率抖動(dòng)對(duì)時(shí)序裕量本來就不寬裕的接口比如某些高速并行總線或者對(duì)抖動(dòng)敏感的采樣電路可能帶來誤碼風(fēng)險(xiǎn)。所以我的習(xí)慣是能展頻的時(shí)鐘CPU、DDR的主時(shí)鐘優(yōu)先展對(duì)時(shí)序敏感的參考時(shí)鐘先評(píng)估別一上來就全開。第二是串聯(lián)源端電阻也就是常說的串阻。在時(shí)鐘輸出腳串一個(gè)22Ω到33Ω的電阻本質(zhì)是讓驅(qū)動(dòng)器的輸出阻抗和走線阻抗更匹配把原本陡峭的上升沿放緩一點(diǎn)點(diǎn)。邊沿緩了高次諧波的幅度就跟著降。這個(gè)動(dòng)作成本幾乎為零一個(gè)電阻就搞定實(shí)測(cè)對(duì)兩三百兆以上的高頻諧波壓得比較明顯。要提醒的是阻值別貪大串太大了邊沿太緩時(shí)鐘本身可能就不干凈了一般從22Ω試起看眼圖和輻射兩頭兼顧。第三是做出完整的參考地平面和包地。時(shí)鐘走線一定要貼著完整的地平面走最好走內(nèi)層夾在兩個(gè)地平面之間這樣走線和它的回流構(gòu)成一個(gè)面積很小的電流環(huán)路輻射源頭就被摁住了。如果必須走表層就要在兩側(cè)加地線并打過孔形成包地。包地的作用是給邊緣電流一條就近的回流路徑同時(shí)把這條線藏在地網(wǎng)絡(luò)里減少它對(duì)外輻射。第四是縮短長度、遠(yuǎn)離開口和板邊。時(shí)鐘線越長越容易在某頻點(diǎn)共振離板邊、離連接器、離金屬開孔越近越容易把能量耦合出去。布局上把晶振和時(shí)鐘源盡量放到板子中心區(qū)遠(yuǎn)離接口和板邊實(shí)在沒辦法就在晶振周圍做一圈地過孔圍欄把它框起來。手段主要作用見效頻段代價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)展頻 SSC打散峰值能量全頻段諧波時(shí)序抖動(dòng)需評(píng)估源端串阻放緩邊沿降低諧波200MHz以上阻值過大影響信號(hào)質(zhì)量包地與完整地平面縮小電流環(huán)路全頻段占用布線面積縮短線長、移離板邊破壞共振條件特定共振頻點(diǎn)受布局約束這張表我建議貼在工位上遇到時(shí)鐘相關(guān)的輻射發(fā)射超標(biāo)照著從上往下過一遍八成的情況都能找到出路。至于剩下兩成那多半不是時(shí)鐘本身的問題而是它把能量耦合到了別的長導(dǎo)體上這就引出了后面關(guān)于電纜和天線效應(yīng)的討論。2. 第26問共模還是差模用錯(cuò)濾波器等于白干整改傳導(dǎo)發(fā)射的時(shí)候最常見的失誤就是看見超標(biāo)就加電容、加電感結(jié)果要么沒效果要么換了個(gè)頻點(diǎn)接著超。問題常常出在沒搞清楚此刻超標(biāo)的是差模噪聲還是共模噪聲。這兩者物理上完全不是一回事對(duì)應(yīng)的抑制手段也南轅北轍搞反了就是白費(fèi)功夫。2.1 差模與共模的物理圖像差模電流是在信號(hào)線或電源正線和回線之間來回流動(dòng)的電流去和回方向相反環(huán)路面積就是這兩根線圍出來的面積。它產(chǎn)生的磁場(chǎng)在兩根線之間疊加對(duì)外輻射和傳導(dǎo)都跟這個(gè)環(huán)路直接相關(guān)。電源線上低頻段的傳導(dǎo)發(fā)射絕大多數(shù)是差模噪聲來源就是開關(guān)電源的開關(guān)動(dòng)作在輸入電容和線纜上形成的脈動(dòng)電流。共模電流則完全不同它在所有信號(hào)線或正負(fù)線上朝同一個(gè)方向流動(dòng)然后通過大地或者參考地走回來。關(guān)鍵在于回流路徑——地平面、機(jī)殼、接地線纜甚至空氣和寄生電容都能充當(dāng)這條回路的歸途。共模電流的環(huán)路面積可以非常大哪怕電流很小也能輻射出很強(qiáng)的場(chǎng)所以輻射發(fā)射里那些莫名其妙的頻點(diǎn)往往都是共模在作怪。一句話概括差模是線對(duì)線共模是線對(duì)地。差模電流大但環(huán)路小共模電流小但環(huán)路大兩者對(duì)輻射的貢獻(xiàn)不能只比電流大小。2.2 現(xiàn)場(chǎng)怎么區(qū)分近場(chǎng)探頭、電流卡鉗、拔線法理論上清楚現(xiàn)場(chǎng)怎么判斷我常用的有三招。第一招是近場(chǎng)探頭掃。拿近場(chǎng)探頭貼著被測(cè)線束和板子掃描如果探頭在兩根線之間比如正負(fù)線中間測(cè)到的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于單根線對(duì)地的強(qiáng)度多半是差模主導(dǎo)反過來如果套住整束線測(cè)到的場(chǎng)明顯強(qiáng)于單根線那基本是共模。第二招是電流卡鉗。用電流探頭分別卡單根線和整束線單根測(cè)得的是差模電流因?yàn)楣材ｋ娏髟趦删€上方向相反、卡單根時(shí)相位抵消不完全套整束測(cè)到的主要是共模電流。對(duì)比兩者在超標(biāo)頻點(diǎn)的幅度誰大誰就是主要矛盾。第三招最土但也最好用就是拔線法。保持其他條件不變把某根可疑的線纜拔掉看超標(biāo)頻點(diǎn)是掉下去了還是紋絲不動(dòng)。掉下去說明這根線參與了輻射或傳導(dǎo)路徑紋絲不動(dòng)說明它是被別的路徑帶出來的。這個(gè)方法不需要任何儀器排查思路卻很清晰。提示判斷共模還是差模時(shí)一定要把測(cè)試布置固定住。線纜的位置、長度、是否貼地、是否繞圈都會(huì)改變結(jié)果同一塊板子換個(gè)擺法可能就是另一份報(bào)告。2.3 X電容和Y電容的選型邏輯區(qū)分清楚了選器件就有依據(jù)了。抑制差模用的是跨接在正負(fù)線之間的X電容它給差模電流提供一條低阻抗的返回路徑把電流在電源口就地短路掉。抑制共模用的是分別接在每根線對(duì)地之間的Y電容它把共模電流引到地配合共模電感一起把噪聲堵住。選值上有講究。X電容一般選0.1μF到1μF太大對(duì)低頻有利但可能影響漏電流和放電電阻的配置還會(huì)在電源插拔時(shí)產(chǎn)生沖擊。Y電容是安全件容量受漏電流限制通常單只不超過4700pF實(shí)際多用1000pF到2200pF選太大不僅漏電流超標(biāo)還可能讓整機(jī)安規(guī)過不了。配合它們用的共模電感感量常見幾mH到幾十mH看目標(biāo)頻段來定——低頻段150kHz到1MHz需要大感量高頻段又要小心電感的寄生電容把共模抑制效果拉垮所以經(jīng)常是大小感量兩只電感串聯(lián)使用。噪聲類型抑制器件典型參數(shù)主要作用頻段差模X電容0.1~1μF低頻、中頻差模差模電感幾十μH中頻共模Y電容1000~4700pF高頻、超高頻共模共模電感幾~幾十mH低頻、中頻這里有個(gè)坑我踩過不止一次X電容和Y電容的位置如果放反了比如把大容量的X電容放在靠近板子的一側(cè)、Y電容放在遠(yuǎn)離接口的一側(cè)濾波效果會(huì)大打折扣因?yàn)樵肼曔€沒經(jīng)過共模電感就被就近泄放掉了。規(guī)范的做法是讓噪聲先進(jìn)共模電感再經(jīng)過Y電容到地然后再進(jìn)X電容逐級(jí)衰減。另外一個(gè)細(xì)節(jié)是電容的接地引腳一定要短接地點(diǎn)要干凈否則引線電感會(huì)讓高頻段的濾波形同虛設(shè)。3. 第27問電纜天線效應(yīng)RE讀點(diǎn)里藏著的信號(hào)做輻射發(fā)射RE測(cè)試的人大概都有過這樣的困惑板子裸機(jī)輻射良好一接上電纜某個(gè)頻點(diǎn)立刻頂上去了把電纜挪一挪、盤一盤讀點(diǎn)又變了。這就是第27問要說的電纜天線效應(yīng)也是RE讀點(diǎn)里最容易被忽略、卻最容易翻車的部分。3.1 天線效應(yīng)為什么偏偏找上電纜要理解電纜為什么這么招輻射得先接受一個(gè)殘酷的事實(shí)任何一段導(dǎo)體只要長度跟某個(gè)頻率的波長能對(duì)上它就是一付現(xiàn)成的天線。電纜的長度動(dòng)輒幾十厘米到幾米正好落在30MHz到300MHz這個(gè)頻段的共振區(qū)間里。150MHz的波長是2米半波長1米75MHz的波長4米四分之一波長1米。一米左右的線纜就能在幾十兆到一百多兆的范圍里找到自己的共振點(diǎn)。更麻煩的是電纜還連著兩個(gè)世界一頭是板子的信號(hào)地和電源另一頭是外部的負(fù)載或者設(shè)備中間還要穿過機(jī)殼的開孔。板子上任何一點(diǎn)共模噪聲都會(huì)順著電纜爬出去電纜把這段共模電流變成輻射場(chǎng)發(fā)射出去這就是為什么裸機(jī)測(cè)試漂亮、帶上線纜就超標(biāo)。用一句行話講電纜是板子輻射的放大器也是外部干擾進(jìn)入板子的天線。3.2 RE讀點(diǎn)到底在讀什么熱詞里那個(gè)RE的讀點(diǎn)是什么意思問的人非常多這里正好說清楚。輻射發(fā)射測(cè)試是在暗室里用接收天線對(duì)著被測(cè)物掃描半自動(dòng)的測(cè)試軟件會(huì)記錄每個(gè)頻點(diǎn)上天線接收到的場(chǎng)強(qiáng)這個(gè)場(chǎng)強(qiáng)換算成一個(gè)讀數(shù)就是讀點(diǎn)單位是dBμV/m。測(cè)試時(shí)會(huì)看準(zhǔn)峰值和峰值兩種檢波方式峰值檢波響應(yīng)快、讀數(shù)高用來快速定位超標(biāo)頻點(diǎn)準(zhǔn)峰值檢波更接近人耳和設(shè)備的實(shí)際感受是判定是否合格的依據(jù)。所謂讀點(diǎn)高就是說某個(gè)頻點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)讀數(shù)逼近或者超過了限值線。讀點(diǎn)高不代表一定是板子本身在輻射它更可能是某個(gè)長導(dǎo)體在共振或者是電纜把板內(nèi)的噪聲引了出來。所以看讀點(diǎn)的時(shí)候不要只盯著數(shù)字要結(jié)合頻點(diǎn)去反推波長再看哪一個(gè)結(jié)構(gòu)長度跟它對(duì)得上。一個(gè)900MHz的高讀點(diǎn)對(duì)應(yīng)的四分之一波長是8厘米那就去查板子上有沒有8厘米左右、沒做處理的懸空走線一個(gè)150MHz的高讀點(diǎn)對(duì)應(yīng)2米波長那就要懷疑測(cè)試線纜和它的擺放。3.3 電纜整改的三板斧針對(duì)電纜天線效應(yīng)我一般按這三步走。第一步是給電纜接地。在電纜進(jìn)入機(jī)殼的位置加磁環(huán)或者共模扼流把共模電流在進(jìn)入外部之前就地扼殺。磁環(huán)要選對(duì)材質(zhì)抑制幾十兆的低頻用錳鋅抑制一百兆以上用鎳鋅套的位置盡量靠近接口。如果條件允許用穿心電容或者帶屏蔽的饋通濾波器把線纜的每一根都在機(jī)殼處濾波對(duì)地效果比單純套磁環(huán)好得多。第二步是縮短和整理線纜。能短就短能盤起來別拉直。拉直的線纜是效率最高的天線盤起來相當(dāng)于改變了電長度能有效避開共振點(diǎn)。當(dāng)然這個(gè)方法只能用于整改驗(yàn)證階段正式產(chǎn)品還是要靠結(jié)構(gòu)和濾波解決不能指望用戶把線盤起來。第三步是處理屏蔽層和回流。屏蔽電纜的屏蔽層單端接地還是雙端接地直接決定它是抑制共模還是引入共模。低頻段1MHz以下單端接地能避免地環(huán)路高頻段1MHz以上則要雙端接地才能讓屏蔽層上的共模電流有去處。實(shí)際產(chǎn)品里經(jīng)常折中處理屏蔽層一端直接接地另一端通過一個(gè)小電容比如1000pF接地兼顧高頻泄放和低頻隔斷。注意不要為了壓某個(gè)讀點(diǎn)就盲目給電纜加屏蔽。屏蔽層如果接地處理不當(dāng)反而會(huì)把共模噪聲耦合得更厲害本來是板內(nèi)的噪聲出不去現(xiàn)在變成了屏蔽層在輻射。4. 第28問CE傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)整改的先后順序比器件更重要傳導(dǎo)發(fā)射CE和輻射發(fā)射不一樣它測(cè)的是電源端口或者信號(hào)端口上的騷擾電壓頻率范圍通常是150kHz到30MHz。這個(gè)頻段很低波長很長所以問題基本不在天線上而在電流路徑和濾波上。很多人一看到CE超標(biāo)就猛加電容結(jié)果低頻沒壓下去高頻反而更糟問題就出在沒按順序來。4.1 CE測(cè)試項(xiàng)目與限值縱覽先把CE測(cè)試項(xiàng)目理清楚。常見的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試包括電源端子的騷擾電壓、騷擾功率以及斷續(xù)騷擾也就是click。限值一般參考CISPR系列標(biāo)準(zhǔn)不同產(chǎn)品類別對(duì)應(yīng)的限值線和準(zhǔn)峰值、平均值兩種限值不同。準(zhǔn)峰值限值一般比平均值寬松一些測(cè)試時(shí)兩個(gè)都要看取更嚴(yán)的那個(gè)判定。頻率范圍上150kHz到500kHz這一段主要考核差模500kHz到5MHz是差模和共模的混合區(qū)5MHz到30MHz基本是共模主導(dǎo)。記住這個(gè)分布很重要它決定了你該在哪個(gè)頻段用哪把工具。4.2 從電源口往板內(nèi)推的整改次序我整改CE有個(gè)固定順序從不打亂。第一級(jí)看電源入口的濾波。先確認(rèn)濾波器是否有、位置對(duì)不對(duì)、接地好不好。很多產(chǎn)品的濾波器放在板子中間或者遠(yuǎn)離接口效果會(huì)大打折扣。濾波器的地線必須短而粗直接搭到機(jī)殼或者接口地噪聲才能在入口處被攔下來。第二級(jí)查輸入端有沒有X電容和共模電感。如果低頻段150kHz到1MHz超標(biāo)優(yōu)先看X電容和差模電感如果中高頻超標(biāo)重點(diǎn)看共模電感和Y電容。這里要做的不是盲目加大而是先確認(rèn)器件有沒有被正確放置和接地。第三級(jí)往上查電源本身。開關(guān)電源的開關(guān)頻率、變壓器結(jié)構(gòu)、次級(jí)整流二極管的反向恢復(fù)都會(huì)產(chǎn)生傳導(dǎo)噪聲。變壓器如果有屏蔽層屏蔽層接地點(diǎn)要正確整流管兩端可以加RC吸收把高頻尖峰磨平。第四級(jí)最后才動(dòng)PCB。地平面是否完整、電源回流路徑是否清晰、濾波電容的接地過孔是否夠多這些屬于根本性因素改起來慢但一旦做好后面會(huì)省很多事。4.3 器件參數(shù)怎么算、怎么選有人問過共模電感選多大。簡單估算目標(biāo)是把150kHz處的噪聲壓下來假設(shè)噪聲源阻抗和負(fù)載阻抗大致都是50Ω那么共模電感在150kHz處的感抗要不小于這個(gè)量級(jí)。感量L滿足2πfL在目標(biāo)頻點(diǎn)大于幾十歐姆f取150kHz算下來L大概在幾十微亨起實(shí)際工程上為了有明顯效果共模電感常常選到幾毫亨甚至十幾毫亨。但這又回到前面說的大感量電感的匝數(shù)多寄生電容大高頻段反而失效所以常見的是兩只電感串聯(lián)一只大感量管低頻一只小感量、低寄生電容管高頻。Y電容的選擇要卡住漏電流這條線。假設(shè)整機(jī)漏電流限值是0.25mA不同產(chǎn)品類別要求不同供電電壓220V、頻率50Hz漏電流大致等于2πfCV反推允許的Y電容容量。這個(gè)計(jì)算在實(shí)際選型時(shí)很有用能避免選了個(gè)大電容結(jié)果安規(guī)過不了。X電容則要配放電電阻讓拔插時(shí)不會(huì)殘留高壓阻值通常選幾百千歐到一兆歐同樣要算好時(shí)間常數(shù)保證安全放電。整改層級(jí)檢查對(duì)象常見問題對(duì)應(yīng)措施第一級(jí)電源入口濾波器位置偏遠(yuǎn)、接地不良靠近接口、縮短地線第二級(jí)X電容/Y電容/電感容量或位置不當(dāng)按頻段重新配置第三級(jí)開關(guān)電源本體變壓器屏蔽、整流尖峰加RC吸收、改屏蔽接地第四級(jí)PCB地平面回流路徑不完整加過孔、重構(gòu)地網(wǎng)絡(luò)按這個(gè)順序排查好處是每一步都能驗(yàn)證效果不會(huì)出現(xiàn)我加了一堆東西但不知道哪個(gè)起了作用的情況。整改最怕的就是一鍋亂燉最后既不知道問題在哪也沒法復(fù)用經(jīng)驗(yàn)。5. 第29問RS485接口EMC標(biāo)準(zhǔn)電路每個(gè)器件都有存在的理由接口防護(hù)這塊問到最多的是RS485。熱詞里rs485接口emc標(biāo)準(zhǔn)電路常年掛著說明大家在現(xiàn)場(chǎng)確實(shí)被這個(gè)接口的雷擊、靜電和共模問題折騰過。RS485用得廣——工業(yè)控制、儀表、門禁、樓宇自控到處都是而它偏偏又是長距離走線、經(jīng)常連到室外或者跨設(shè)備天然就是EMC的重災(zāi)區(qū)。5.1 接口面對(duì)的三類威脅RS485接口要防的東西主要有三樣。一是雷擊浪涌。長線纜像一根天線附近的雷擊會(huì)在線上感應(yīng)出很高的共模電壓動(dòng)輒上千伏順著A、B兩根線沖進(jìn)收發(fā)器輕則通信中斷重則芯片燒毀。這是第一優(yōu)先級(jí)要防的。二是靜電放電。設(shè)備外殼、人體帶電插拔線纜的時(shí)候會(huì)對(duì)A、B線放電瞬間能量很大頻率極高。三是共模噪聲和地電位差。兩個(gè)設(shè)備相隔很遠(yuǎn)各自的地電位不一樣這個(gè)電位差會(huì)在A、B線上形成共模電流既干擾通信也讓輻射變差。5.2 典型防護(hù)電路逐器件拆解一個(gè)常見的RS485接口EMC防護(hù)電路從接口往芯片方向大致有這么幾級(jí)每個(gè)器件都有明確分工。最靠接口的是氣體放電管或者壓敏電阻負(fù)責(zé)泄放大的浪涌能量。氣體放電管的通流能力強(qiáng)但響應(yīng)稍慢適合扛雷擊浪涌壓敏電阻響應(yīng)快一些但長期承受浪涌會(huì)老化所以經(jīng)常兩個(gè)一起用或者干脆用專門的一體化浪涌防護(hù)器件。再往里是共模電感或者共模扼流圈用來把A、B線上的共模電流抑制住同時(shí)不影響差模信號(hào)。共模電感選型要注意它的差模阻抗不能太大否則會(huì)吃掉信號(hào)幅度影響通信距離和速率。然后是TVS或者瞬態(tài)抑制二極管靠近收發(fā)器放置把殘壓鉗位到芯片能承受的水平。TVS的鉗位電壓一定要低于收發(fā)器的絕對(duì)最大額定值否則芯片照樣可能被打壞。A、B線上還會(huì)有上拉和下拉偏置電阻把總線在沒有驅(qū)動(dòng)的時(shí)候拉到確定的電平避免懸空誤觸發(fā)總線兩端各有終端電阻通常120Ω做阻抗匹配減少反射。偏置電阻和終端電阻的阻值要配合著算否則總線上的靜態(tài)電平會(huì)偏得離譜導(dǎo)致通信失敗。器件位置主要防什么選型要點(diǎn)氣體放電管/壓敏最靠接口雷擊浪涌通流、響應(yīng)、老化共模電感接口與芯片之間共模噪聲差模阻抗要小TVS靠芯片靜電、殘壓鉗位電壓要夠低偏置電阻A/B線對(duì)電源/地懸空誤觸發(fā)與終端匹配終端電阻總線兩端反射通常120Ω5.3 布局、接地與抄作業(yè)要注意的細(xì)節(jié)電路圖對(duì)了不代表板子就能過。RS485防護(hù)電路有三個(gè)布局細(xì)節(jié)特別關(guān)鍵。第一防護(hù)器件要放在接口連接器旁邊越近越好。如果TVS放在板子深處浪涌繞板子跑一圈才碰到它路徑上的走線早就把別的電路耦合壞了。理想狀態(tài)是浪涌從連接器進(jìn)來先看到防護(hù)器件再看到芯片。第二接地要短而粗。防護(hù)器件的地線長度直接決定它的響應(yīng)速度長地線會(huì)引入感抗讓泄放路徑變慢。多個(gè)防護(hù)器件要共用一個(gè)干凈的接地點(diǎn)最好是直接接到機(jī)殼地或者接口地。第三A、B線要走差分對(duì)盡量等長、平行、靠近緊貼地平面走。差分走線容差控制得好共模噪聲的耦合會(huì)小很多。如果為了省空間讓A、B線繞來繞去、長度差很大那么前面所有的防護(hù)器件都可能白裝。提示直接照抄網(wǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)電路圖有風(fēng)險(xiǎn)。不同收發(fā)器的耐壓、不同應(yīng)用場(chǎng)景室內(nèi)短距還是室外長距對(duì)防護(hù)等級(jí)的要求不一樣抄完一定要根據(jù)自己芯片的絕對(duì)最大額定值和實(shí)際布線環(huán)境做校核不能圖省事。6. 第30問仿真、設(shè)計(jì)、整改三者到底怎么配合最后這一問講的是方法論。很多人做EMC是兩頭堵要么前期完全不設(shè)計(jì)出了問題再整改要么迷信仿真覺得跑個(gè)軟件就能把所有風(fēng)險(xiǎn)算清楚。真實(shí)情況是EMC仿真、設(shè)計(jì)規(guī)則和整改經(jīng)驗(yàn)這三者各管一段配合好了才能省時(shí)間。6.1 EMC仿真能做與不能做的事先說清楚EMC仿真的邊界。仿真擅長的是趨勢(shì)判斷和方案對(duì)比比如兩條不同走線方案哪個(gè)輻射小、某個(gè)濾波方案在不同參數(shù)下的頻響曲線、電纜在不同長度和接地方式下的共模電流分布。這些在仿真里建好模型跑一遍能快速排除掉明顯不合理的方案省下打樣和測(cè)試的成本。但仿真很難給出精確的絕對(duì)值。板子的疊層參數(shù)、器件模型、實(shí)際的寄生參數(shù)、線纜的擺放這些在仿真里都是近似的模型對(duì)不對(duì)很大程度上取決于建模人的經(jīng)驗(yàn)。指望仿真算出某頻點(diǎn)正好比限值低3dB基本不現(xiàn)實(shí)。所以我的用法是仿真做相對(duì)比較不做絕對(duì)判定用仿真找規(guī)律、比方案用實(shí)測(cè)做最終裁決。6.2 設(shè)計(jì)前置把80%的問題擋在打樣前真正省錢的功夫在打樣之前。布局布線的幾條硬規(guī)則能提前擋掉大部分常見問題。時(shí)鐘和高速信號(hào)走內(nèi)層夾在完整地平面之間遠(yuǎn)離板邊和接口電源平面和地平面盡量完整不要被過孔割得支離破碎接口防護(hù)器件放在連接器旁濾波器件按信號(hào)流向排列每條長走線都要有清晰、連續(xù)的回流路徑避免跨分割地。晶振、DCDC、繼電器這些噪聲源要跟敏感模擬電路隔開必要時(shí)用開槽或者隔離帶擋一下。這些規(guī)則看著老生常談但每一條都能在上千塊板子的失敗案例里找到對(duì)應(yīng)。寫進(jìn)設(shè)計(jì)檢查清單review的時(shí)候逐條對(duì)比出事后再補(bǔ)救劃算得多。6.3 整改階段的經(jīng)驗(yàn)與取舍真要走到整改這一步心態(tài)和策略都得調(diào)整。整改不是把所有能加的東西都加上而是在有限的時(shí)間和空間里找到性價(jià)比最高的那幾刀。我通常先固定測(cè)試布置確認(rèn)問題復(fù)現(xiàn)然后按頻點(diǎn)反推可能的路徑一次改一個(gè)變量改完立刻驗(yàn)證確認(rèn)某個(gè)措施有效之后再考慮怎么把它落到正式版本里。還有一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)值得分享很多時(shí)候超標(biāo)不是單一原因而是幾個(gè)因素疊加——時(shí)鐘諧波耦合到電纜、電纜再和機(jī)殼共振。這種情況下只解決其中一環(huán)讀點(diǎn)可能只降幾個(gè)dB還是壓不下去。所以看到頑固頻點(diǎn)要有耐心一層層剝先切斷最強(qiáng)的耦合路徑再看次強(qiáng)的。我在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)真正把EMC做順手的團(tuán)隊(duì)都有一個(gè)共同點(diǎn)他們把每一次整改的頻點(diǎn)、路徑、措施和結(jié)果都記錄下來幾年下來就是一份自己的踩坑地圖。別人的標(biāo)準(zhǔn)電路只能給你起點(diǎn)真正管用的經(jīng)驗(yàn)還是得靠自己在一次次測(cè)試中積累。RS485防護(hù)電路如此時(shí)鐘處理如此仿真和整改的配合也是如此。后續(xù)如果要把這套方法擴(kuò)展下去可以按頻段把常見問題和對(duì)應(yīng)措施做成一張自查表測(cè)之前先自己過一遍比拿到超標(biāo)報(bào)告再手忙腳亂要強(qiáng)得多。